解冻方式对冷冻鱼糜解冻效果和凝胶特性的影响

刘富康,张柔佳,李锋,2,3,曲映红,2,3

解冻方式对冷冻鱼糜解冻效果和凝胶特性的影响

刘富康1,张柔佳1,李锋1,2,3,曲映红1,2,3*

1. 上海海洋大学食品学院, 上海 201306 2. 上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心, 上海 201306 3. 农业部水产品贮藏保鲜质量安全风险评估实验室(上海), 上海 201306

本实验采取空气解冻、微波解冻和射频解冻三种解冻方式，以冷冻白姑鱼糜为原料，研究不同解冻方式对冷冻鱼糜解冻失水率、盐溶蛋白含量、Ca2+-ATPase酶活力、凝胶形成能力和SDS-PAGE凝胶电泳的影响。结果表明：不同解冻方式对冷冻鱼糜凝胶特性的影响有显著性差异（<0.05）。空气解冻对冷冻鱼糜的解冻效果最好，但耗时较长；微波解冻时间较短，但与其他解冻方式相比，解冻后的鱼糜品质最差（<0.05）；射频解冻效率较高，且与空气解冻的鱼糜品质相比无显著性差异（>0.05）。

冷冻鱼糜; 凝胶; 解冻

白姑鱼属于石首鱼科白姑鱼属，主要分布于热带、亚热带、暖温带的西北太平洋区，包括中国南海、东海及黄海南部，是我国重要的经济鱼类之一。白姑鱼除了鲜食外，将其加工成冷冻鱼糜作为原料进行再加工成为大大增加其附加值的有效方法。鱼糜产量多年来呈上升趋势2016年，我国鱼糜制品产量155万t[1]，比2015年增加了6.84%。解冻是鱼糜制品加工中必不可少的步骤，国内工厂常用的解冻方法为空气解冻、流水解冻、低温解冻及其它解冻方式，冷冻食品在解冻过程中会发生理化性质的变化以及微生物繁殖，而这些变化对食品的品质有直接影响，因此，解冻对冷冻食品最终品质的好坏有重要影响。Chandirasekaran等[2]研究发现空气解冻与静水解冻较大程度上降低了牛肉的品质。Xia[3]等研究发现，微波解冻后的猪肉解冻失水率较大。Siriporn[4]研究发现，经过流水解冻（25 - 26 ℃）的冷冻尖吻妒鱼肉比经过空气解冻（28 - 30 ℃）的冷冻鱼肉的蛋白变性小。冷冻鱼糜在解冻过程中存在汁液流失的现象，导致鱼糜盐溶性蛋白含量减少、失水等理化性质的变化，进一步影响鱼糜的凝胶品质。由于空气解冻速度较慢，效率很低，因此需要引入新技术，微波、射频解冻的优点在于速度快，但解冻效果有待研究。

无线电波在加热领域的应用由来已久，在食品领域研究最多的是微波和射频。用于食品加热的微波有两种：一种频率是2450 MHZ，一般用于家用微波炉，适合解冻体积小的冻品；另一种频率为915 MHZ，穿透能力大，适合整体解冻。常用的多模微波加热系统，微波能量分布不均匀，动态变化不可预知，易产生过热现象[5]。为了减少微波解冻具有不均匀性的现象，本次实验采用的微波解冻设备特地做了优化，采用了单模微波加热系统。与多模微波加热系统不同的是，单模微波加热系统的腔体内只存在一种驻波，将被加热的物体放在腔体内特定位置，达到较高的加热速率。射频穿透能力不如微波，但过热现象不明显，是替代传统解冻方法的另一选择。射频技术在我国早有应用，但主要应用于轻工纺织[6]及医药行业[7]，虽在食品领域有所研究，但主要集中在干燥[8-10]，杀菌[11]等方面，对鱼糜解冻的研究较少。本实验以冷冻鱼糜为原料，研究空气解冻、915 MHz微波及射频解冻对冷冻鱼糜蛋白特性和凝胶形成能力的影响，为射频解冻在鱼糜解冻领域的应用提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

白姑鱼糜，2017年10月购于浙江舟山；肠衣：聚乙烯材料，直径25 mm，市购；牛血清白蛋白，考马斯亮蓝G-250，生化级；NaCl，三羟基氨基甲烷（Tris）、浓盐酸，85%磷酸，十二烷基硫酸钠（SDS），无水乙醇等，均为分析纯。

1.2 仪器与设备

TG16-WS台式高速离心机，湖南湘仪离心机仪器有限公司；AD200L-P高速分散均质机，上海昂尼仪器仪表有限公司；T6紫外可见分光光度仪，北京普析通用仪器有限责任公司；TA.XT plus物性测试仪，北京超技仪器技术有限公司；HWS26型电热恒温水浴锅，上海一恒科学仪器有限公司；CORONA SH-1000紫外/可见全波长酶标仪，天美(中国)科学仪器有限公司；Bio-Rad164-5050伯乐垂直电泳仪，伯乐生命医学产品(上海)有限公司；915 MHz微波解冻设备，额定功率20 KW，南京三乐电子信息产业集团有限公司定制；专用射频解冻设备，法国Sairem公司labotron12射频解冻设备，频率27.12 MHz, 额定功率12 kW，上海海洋大学热加工中心射频解冻实验室。

1.3 实验方法

1.3.1 冷冻鱼糜的解冻（1）空气解冻将冷冻鱼糜（30 cm×20 cm×5 cm）放置于空气（25 ℃）下进行解冻，将温度计插入鱼糜中心，5 h后中心温度即可达到-2 ℃。

（2）微波解冻将冷冻鱼糜（30 cm×20 cm×5 cm）放置于专业微波解冻设备（微波频率915 MHz，解冻功率5 KW）解冻198 s中心温度即可达到-2 ℃。

（3）射频解冻将冷冻鱼糜（30 cm×20 cm×5 cm）放置于专业射频解冻设备（射频频率27.12 MHz，解冻功率4 KW）解冻10 min中心温度即可达到-2 ℃。

（4）鱼糜凝胶的制备凝胶制备工艺：鱼糜解冻（不同解冻方式处理，2 kg）→擂溃（空擂5 min）→添加质量分数2.0%氯化钠，盐擂20 min）→入肠衣定型（长度为15 cm/根）→85 ℃水浴加热1 h→冷却至室温→4 ℃冰箱保存12 h。

式中：为解冻损失率，%；1为解冻前鱼糜质量，g；2为解冻后鱼糜质量，g。

（6）盐溶蛋白含量的测定参考邵懿[12]的实验方法。分别称取2.0 g鱼糜，加入20 mL pH 7.0，含有0.05 mol/L KCI的20 mmol/L Tris-maleate 缓冲液，高速均质2 min，然后10000 r/min下离心10 min，以清除鱼糜中的水溶性蛋白质。将上清液弃去，在沉淀中再加人20 mL pH 7.0，含有0.6 mol/ L KCI的20mmol / L Tris-maleate 缓冲液，再充分均质2 min。然后将样品放在4 ℃冰箱中1 h，以提取盐溶性蛋白，之后10000r/ min离心10 min，取上清液即为肌原纤维蛋白溶液。采用考马斯亮蓝法测定。每组实验3个平行，结果取平均值。

（7）Ca2+-ATPase酶活力的测定取解冻好的鱼糜2 g，按1:9的重量体积比加入对应体积的PBS 缓冲液(0.01 M，pH=7.4)，用高速匀浆器在低温下充分匀浆。之后8000 r/min离心10 min，取上清液进行检测。Ca2+-ATPase酶活力测定参考鱼ATP（ATPase）酶联免疫分析测试盒(上海心语生物科技有限公司提供)说明书进行。每组实验3个平行，结果取平均值。

（8）取样方法的选择为减少实验误差，分别在鱼糜四周和中心取样。

（9）鱼糜凝胶形成能力的测定将用塑料肠衣定型的鱼糜凝胶切段，每段高度为2.5 cm，使用直径为5 mm球形探头测定其凝胶强度、破断力以及凹陷距离。凝胶强度等于破断力与凹陷距离的乘积[3]。测定参数为测前速率0.1 cm/s、测试速率0.1 cm/s、测后速率1.0 cm/s、下压距离1 cm。每组实验测10次，并求平均值。

（10）SDS-PAGE凝胶电泳参考Kudre等[13]的方法测定解冻后蛋白质的变化。取鱼糜凝胶2 g，切碎，按照固液比1:9加入5%SDS溶液，均质2 min，85 ℃水浴加热1 h，10000 r/min离心20 min，取上清液1:1加入蛋白上样缓冲液，充分混合，沸水浴5 min。浓缩胶5%，分离胶10%，蛋白上样量为10 μL，100 V恒压下电泳2 h后，用考马斯亮蓝染色液染色30 min，再用脱色液脱至背景透明。

（11）数据处理采用Excel和SPSS 19.0软件对数据进行处理，每次3个平行样品，结果以平均值±标准偏差表示，显著性以<0.05为显著。

图 1 解冻方式对冷冻鱼糜解冻失水率的影响

注：不同的小写字母表示有显著性差异（<0.05）。

Note: Different lowercase letters indicate significant differences (<0.05)

2 结果与讨论

2.1 不同解冻方式对冷冻鱼糜解冻失水率的影响

解冻失水率能够判定冷冻鱼糜保水性的好坏，保水性是指肌肉组织通过物理方式截留大量水并阻止水渗出的能力，保水性越好，说明肌肉组织的损伤越小。解冻方式对冷冻鱼糜解冻失水率的影响如图1所示。空气解冻的鱼糜解冻损失率为7.2%，射频解冻的鱼糜解冻损失率为8.0%，微波解冻的鱼糜解冻失水率为12.0%。射频解冻与空气解冻的鱼糜解冻失水率无显著性差异（>0.05）。空气解冻的鱼糜，温度变化较为均匀缓慢，冰晶的融化速率慢，对肌肉细胞的细胞膜破坏较小，因此解冻失水率较小；射频解冻均匀性好的特点，使得鱼糜样品温度分布较为均匀，鱼肉细胞结构较为完整，并未受到严重破坏，持水性较好。三种解冻方式中微波解冻的损失率最高，超过其它两种解冻方式的50%以上，有显著性差异（<0.05），这可能是因为微波解冻时，物料温度瞬间上升，内外温差较大，冰晶迅速融化，汁液快速流出，造成细胞结构被破坏，肌肉持水力下降[14]。Ngapo TM及余小领等人研究发现，解冻速率对汁液损失率呈正相关，解冻速率越大，汁液损失越大[15,16]，与本实验结果吻合。

2.2 解冻方式对冷冻鱼糜盐溶蛋白含量的影响

鱼肉蛋白可分为三类：盐溶性的肌原纤维蛋白、水溶性的肌浆蛋白和不溶性的基质蛋白，肌原纤维蛋白是鱼糜具有弹性的重要因素。鱼肉蛋白的变性主要是由肌原纤维蛋白变性引起的，和其它两种蛋白关系很小[17]。盐溶性蛋白含量的变化是水产品蛋白质变性的一个重要评价指标，解冻方式对冷冻鱼糜盐溶性蛋白含量的影响如图2所示。空气解冻、射频解冻、微波解冻的鱼糜盐溶蛋白含量分别为1.87 mg/mL、1.75 mg/mL和1.63 mg/mL，微波解冻的冷冻鱼糜的盐溶性蛋白含量显著低于其它两种解冻方式（<0.05）。微波解冻的冷冻鱼糜盐溶蛋白含量最低，可能是由于微波瞬时加热导致能量聚集，鱼糜局部温度过高导致了盐溶性蛋白质变性，形成了大分子的不溶性蛋白[18]；另外，解冻失水率过高，导致鱼肉保水性降低，鱼糜含水量减少，微波能量的扩散更加不均匀，进一步加剧了“过热现象”，盐溶性蛋白含量减少明显；空气解冻和射频解冻加热鱼糜，鱼糜升温较为均匀，这两种解冻方式处理过的鱼糜盐溶蛋白含量无显著性差异（>0.05）。

2.3 解冻方式对冷冻鱼糜Ca2+-ATPase酶活力的影响

Ca2+-ATPase酶活力来自于肌原纤维中的肌球蛋白，肌原纤维中Ca2+-ATPase含量是衡量鱼肉肌原纤维蛋变性的重要指标之一[19]，解冻方式对冷冻鱼糜Ca2+-ATPase酶活力的影响如图3所示。空气解冻的鱼糜Ca2+-ATPase酶活力最高，达到5905 μmol Pi/L·min，射频解冻的鱼糜Ca2+-ATPase酶活力次之，达到5841 μmol Pi/L·min，微波解冻的冷冻鱼糜的Ca2+-ATPase酶活力最差，为5516 μmol Pi/L·min。微波解冻的冷冻鱼糜的Ca2+-ATPase酶活力显著低于其它两种解冻方式（<0.05）。射频解冻的冷冻鱼糜Ca2+-ATPase酶活力与空气解冻无显著性差异（>0.05）。由于盐溶性的肌原纤维蛋白较容易变性，Ca2+-ATPase酶活力来自于肌原纤维中的肌球蛋白，而酶活性受温度影响较大，过高的温度会导致酶失活，微波解冻存在过热现象，经测鱼糜最高温度达到50 ℃，使部分蛋白升温过高，肌原纤维蛋白变性，从而使微波解冻的冷冻鱼糜的Ca2+-ATPase酶活力最低。空气解冻和射频解冻的鱼糜，温度分布较为均匀，而且射频解冻局部过热的温度不会太高[20]，经测鱼糜最高温度为18 ℃，对鱼糜中的Ca2+-ATPase酶活力影响较小。

图2 解冻方式对冷冻鱼糜后盐溶蛋白含量的影响

图3 解冻方式处理冷冻鱼糜后Ca2+-ATPase酶活力的影响

2.4 解冻方式对冷冻鱼糜凝胶形成能力的影响

鱼糜凝胶形成能力是评价鱼糜凝胶特性的重要指标，它对鱼糜制品食用时的口感有重要影响。鱼糜凝胶形成能力可由凝胶破断力、凝胶凹陷距离和凝胶强度三个指标体现。鱼糜的凝胶强度等于破断力和凹陷距离的乘积，凝胶强度越强，说明鱼糜的品质越好。不同解冻方式对冷冻鱼糜的凝胶强度的影响见表1。

表1 不同解冻方式对冷冻鱼糜的凝胶形成能力的影响

从表中数据可知，空气解冻的冷冻鱼糜制成的鱼糜凝胶的破断力最大，达到519.48±25.21 g，射频解冻的鱼糜其凝胶破断力稍小，为477.26±30.41 g，而微波解冻的鱼糜其凝胶破断力最小，为465.76±32.14 g；空气解冻、射频解冻和微波解冻的冷冻鱼糜制成的鱼糜凝胶的凹陷距离分别为9.47±0.36 mm、9.11±0.25 mm和8.83±0.43 mm；空气解冻、射频解冻和微波解冻的冷冻鱼糜制成的鱼糜凝胶的凝胶强度分别为492.72±38.81 g/cm、435.09±36.39 g/cm和413.59±40.09 g/cm。空气解冻的鱼糜其凝胶强度比微波解冻的鱼糜高19%，比射频解冻的鱼糜高13%，显著性分析结果表明，不同解冻方式处理的冷冻鱼糜制成的鱼糜凝胶的凝胶强度差异显著（<0.05）。微波解冻的冷冻鱼糜制成的凝胶的破断力、凹陷距离以及凝胶强度均最小，这可能是由于微波解冻较剧烈，鱼糜表面失水严重和局部温度过高导致鱼糜蛋白变性，盐溶性蛋白减少，最终影响鱼糜凝胶的形成。射频解冻的冷冻鱼糜制成的鱼糜凝胶品质要好于微波解冻的冷冻鱼糜。虽然射频解冻也存在过热效应，但由于过热的面积小以及局部过热的温度不会太高，因此对鱼糜的凝胶强度影响较小[21]。

2.5 SDS-PAGE凝胶电泳

由图4可知，经微波解冻的鱼糜其凝胶（3号条带）肌球蛋白重链（MHC）明显比空气解冻和射频解冻的鱼糜凝胶窄；空气解冻的鱼糜其凝胶（1号条带）肌球蛋白重链和射频解冻的鱼糜凝胶（2号条带）差别不大；三种解冻方式处理的鱼糜其凝胶肌动蛋白（Actin）条带变化不明显。MHC条带越宽，说明肌球蛋白含量越高。SDS-PAGE凝胶电泳图说明空气解冻和射频解冻的鱼糜肌原纤维蛋白含量要高于微波解冻的鱼糜，微波解冻的鱼糜肌原纤维蛋白变性更加严重，与本实验其它测定指标的结果一致。

图4 鱼糜凝胶SDS-PAGE图

注：0-标准蛋白；1-空气解冻鱼糜凝胶；2-射频解冻鱼糜凝胶；3-微波解冻鱼糜凝胶

Note : 0-marker; 1-natural air thawing of surimi gel; 2-radio frequency thawing of surimi gel; 3-microwave thawing of surimi gel.

3 结论

本实验采用空气解冻、微波解冻以及射频解冻三种解冻方式，对冷冻鱼糜进行解冻，并通过对鱼糜解冻效果以及鱼糜凝胶特性的测定，比较三种解冻方式的优劣。实验结果表明，解冻方式对冷冻鱼糜品质的影响有显著性差异（<0.05）。通过空气解冻的鱼糜整体品质优于其它两种解冻方式处理的鱼糜，但耗时较长，效率低下。微波解冻效率高，但由于出现过热现象，鱼糜整体品质最差。射频解冻处理过的鱼糜效率虽不及微波，但过热现象较弱，相比微波解冻更加温和，而且比空气解冻更加高效。综上所述，空气解冻依然是保持冷冻鱼糜良好品质较好的方法，而射频解冻则适合在工业生产中推广应用，微波解冻设备仍需在减少过热现象方面做进一步改进。

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Influence of Thawing Ways on Thawing Effects and Gel Properties of Frozen Surimi

LIU Fu-kang1, ZHANG Rou-jia1, LI Feng1,2,3, QU Ying-hong1,2,3*

1.201306,2.201306,3.,201306,

In this experiment, air thawing, microwave thawing and radio frequency thawing were used to thaw surimi.The effects of different thawing methods on thawing effectiveness and gel properties of frozen surimi were compared with freezing thawing loss rate, salt soluble protein content, Ca2+-ATPase enzyme activity, gel forming ability and SDS-PAGE gel electrophoresis. The results showed that the effects of different thawing methods on the gel properties of frozen surimi were significantly different (<0.05).Air thawing had the best thawing effect on frozen surimi, but it took longer time.The time of microwave thawing was shorter, but the quality of thawed surimi was the worst compared with other thawing methods (< 0.05).The efficiency of radio frequency thawing was higher, and there was no significant difference in surimi quality between radio frequency thawing and air thawing (> 0.05).

Frozen surimi; gel; thawing

TS254.1

A

1000-2324(2019)04-0681-05

2018-01-30

2018-03-27

国家自然科学基金资助项目(31571866)

刘富康(1990-),男,硕士研究生,从事水产品加工与贮藏方向研究. E-mail:mxiaotiao@163.com

Author for correspondence. E-mail:yhqu@shou.edu.cn